一种六氟磷酸锂的生产装置及生产方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种六氟磷酸锂的生产装置及生产方法，该方法是将五氯化磷与无水氟化氢通入置换反应槽中进行反应，生成的五氟化磷通入合成反应釜；将无水氟化氢和碳酸锂通入酸化池制得氟化氢氟化锂混合溶液；将上述五氟化磷和混合溶液送入循环反应釜中进行反应，过量的氟化氢，氟化锂送入合成反应釜中进行合成六氟磷酸锂的反应，生成的产品液送入结晶槽中结晶。其余母液通过泵返回进入精馏精制工段重新参与反应。循环反应釜所产生的氯化氢气体可通过吸收制备工业盐酸。本系统生产的六氟磷酸锂晶体纯度达到99%以上，水分（质量分数）可控制至5

【技术实现步骤摘要】
一种六氟磷酸锂的生产装置及生产方法


[0001]本专利技术涉及化学合成
，更具体的说是涉及一种六氟磷酸锂的生产装置及生产方法。

技术介绍

[0002]六氟磷酸锂是目前广泛使用的一种锂电池电解质盐，其结构式是LiPf6，是白色晶体或粉末，暴露在空气或湿蒸汽中易分解。
[0003]由于六氟磷酸锂遇空气或湿蒸汽易分解的特性，通常六氟磷酸锂的生产过程要求不接触空气或气体，且合成温度低，需消耗较多的深冷能源。
[0004]目前，六氟磷酸锂的生产方法主要有气－固反应法、氟化氢溶剂法、有机溶剂法和离子交换法，其中氟化氢溶剂法是目前工业上生产六氟磷酸锂的主要方法。
[0005]气固反应法是使用氟化氢溶剂处理氟化锂，氟化锂经处理后形成多微孔结构，接下来通入五氟化磷气体在鼓泡反应器中发生合成反应生成六氟磷酸锂。该方法的优点是不需要其他的原料，产出的六氟磷酸锂纯净度高，缺点是该反应产生的六氟磷酸锂晶体会结晶在氟化锂表面，造成反应终止。
[0006]有机溶剂法是使用有机溶剂替代氟化氢，该方法是将氟化锂置于有机溶剂中，通入五氟化磷发生合成反应生成六氟磷酸锂。目前工业上主要使用的有机溶剂有碳酸二乙酯，碳酸乙烯酯。该方法的优点是不使用氟化氢，减少设备的腐蚀现象，降低对设备的生产制造要求。该方法的缺点是五氟化磷易于与有机溶剂发生反应，导致产品转化率不高，增加了产品的分离难度，造成部分原料的浪费，对有机溶剂的选择要求较高。
[0007]离子交换法是使用高纯的六氟磷酸盐类与含锂离子的盐类进行离子交换得到六氟磷酸锂。该方法的优点是原料种类少，易操作，危险性低，但由于使用的高纯原料成本极高，不常用该法进行工业制备。
[0008]氟化氢溶剂法是工业上使用最为广泛的制备方法，该法将氟化锂和氟化氢混合形成混合溶液，通入五氟化磷气体制备六氟磷酸锂晶体，通过物理结晶和洗涤干燥得到产品。该方法的优点是反应易于控制，流程易于搭建，反应速度较快。该方法的缺点是使用了氟化氢，对设备防腐蚀要求较高。
[0009]目前六氟磷酸锂产品供需缺口日益增大，因此实现六氟磷酸锂批量生产是亟需解决的问题，氟化氢溶剂法是研究最多、技术最为成熟、产业化应用最广泛的一种生产方法，具有能耗低、路线短、产品质量高等的优点。

技术实现思路

[0010]有鉴于此，本专利技术提供了一种产品品质稳定性高、生产效率高的六氟磷酸锂生产装置及生产方法为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种六氟磷酸锂的生产装置，包括：置换反应槽、精馏塔一、合成反应釜、循环反应
釜、酸化池、吸收塔、回收精馏塔和结晶槽；其中，所述置换反应槽、精馏塔一、合成反应釜和循环反应釜依次连接；所述酸化池通过所述循环反应釜与所述吸收塔连接；所述合成反应釜还与所述结晶槽连接，所述结晶槽与所述回收精馏塔连接；所述回收精馏塔还与所述精馏塔一连接。
[0011]一种六氟磷酸锂的生产方法，包括：将五氯化磷与无水氟化氢通入置换反应槽中进行反应，生成的五氟化磷经精馏塔一后通入合成反应釜；将无水氟化氢和碳酸锂通入酸化池制得氟化氢氟化锂混合溶液；将上述五氟化磷和混合溶液送入循环反应釜中进行反应，将循环反应釜中过量的氟化氢，氟化锂送入合成反应釜中合成六氟磷酸锂，生成的六氟磷酸锂送入结晶槽中结晶出六氟磷酸锂晶体，结晶槽产生的剩余母液通过泵返回进入回收精馏塔然后送入精馏塔一重新参与反应，循环反应釜所产生的氯化氢气体通过吸收塔吸收制备工业盐酸，六氟磷酸锂晶体经过滤洗涤干燥后得到六氟磷酸锂产品。
[0012]上述生产方法具体包括以下步骤：（1）制备五氟化磷：将无水氟化氢和五氯化磷通入置换反应槽中，通氮气保护，控制反应温度在
‑
50℃
‑
30℃，得到工业级五氟化磷，再将五氟化磷送入精馏塔一中精制得高纯五氯化磷，备用；（2）制备高纯氟化锂：将碳酸锂送入酸化池，通氮气保护，得到粗碳酸氢锂容溶液；所述碳酸氢锂溶液经微滤、多次结晶得到高纯碳酸氢锂溶液；将所述高纯碳酸氢锂溶液中通入无水氟化氢，制备得到高纯氟化锂溶液，然后送入循环反应釜，备用；（3）合成反应：将高纯氟化锂溶液与高纯五氯化磷置于合成反应釜中，并送入高纯氟化氢，通氮气保护，制备得到初级六氟磷酸锂溶液（质量分数40%
‑
50%）；（4）循环反应：将步骤（3）所述合成反应釜中未反应完全的高纯氟化锂溶液与高纯五氯化磷送入循环反应釜中，并通入氟化氢锂继续反应，产生的氯化氢气体送入吸收塔回收；（5）副产盐酸：将氯化氢气体通入吸收塔回收得到工业盐酸；（6）结晶：将上述（3）中初级六氟磷酸锂溶液转入结晶槽中，在温度
‑
60℃
‑
20℃下结晶，再经过滤洗涤干燥得到产品六氟磷酸锂晶体（纯度达99.99wt%
‑
99.9999wt%），结晶槽产生的剩余母液通过泵返回进入回收精馏塔然后再送入精馏塔一重新参与反应。
[0013]进一步的，上述技术方案中，步骤（1）中精馏塔一中控制进料温度在5℃
‑
35℃，塔顶压0.06
‑
0.50MPa。
[0014]进一步地，上述技术方案中，步骤（3）中合成反应釜的温度控制在
‑
20℃
‑
10℃。
[0015]进一步地，上述技术方案中，所述氟化氢锂送入循环反应釜中产生氟化氢，氟化锂溶液，调控反应的方向，并送回合成反应釜中参与六氟磷酸锂的合成，该过程循环反应釜的温度控制在
‑
20
‑
30℃。
[0016]进一步地，上述技术方案中，六氟磷酸锂晶体过滤、洗涤、干燥操作在结晶槽中，采用梯度结晶法，结晶温度
‑
50℃
‑
20℃。
[0017]进一步地，上述技术方案中，步骤（3）合成反应釜中PF5和LiF的摩尔比为2
‑
3:1。
[0018]进一步地，上述技术方案中，步骤（6）中，精馏塔一控制塔顶温度
‑
30℃
‑‑
10℃，塔顶压力在0.15MPa
‑
0.55MPa，回收精馏塔控制塔顶温度
‑
40℃
‑‑
20℃，塔顶压力在0.15MPa
‑
0.55MPa。
[0019]进一步地，上述技术方案中，所述氯化氢废弃经逆流吸收后可制造工业盐酸副产品，吸收塔入口液体温度控制在30℃以下。
[0020]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：使用氟化氢溶剂法可以大规模批量生产高纯氟化氢，工艺有效提高了原料的利用率和反应率，降低了产品的生产成本。采用母液多级精馏回收，减少原料的浪费；在提纯工段，使过滤、洗涤、干燥操作在一台特制结晶槽中一次性完成，简化了操作，更加方便系统的统一调控，同时也避免了因分段操作中的转移环节而发生的杂质夹带问题，更有效地降低了产品中的水分、游离酸、金属等杂质离子，使得六氟磷酸锂产品纯度能够达本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种六氟磷酸锂的生产装置，其特征在于，包括：置换反应槽、精馏塔一、合成反应釜、循环反应釜、酸化池、吸收塔、回收精馏塔和结晶槽；其中，所述置换反应槽、精馏塔一、合成反应釜和循环反应釜依次连接；所述酸化池通过所述循环反应釜与所述吸收塔连接；所述合成反应釜还与所述结晶槽连接，所述结晶槽与所述回收精馏塔连接；所述回收精馏塔还与所述精馏塔一连接。2.一种六氟磷酸锂的生产方法，其特征在于，采用权利要求1所述六氟磷酸锂的生产装置进行，将五氯化磷与无水氟化氢通入置换反应槽中进行反应，生成的五氟化磷经精馏塔一后通入合成反应釜；将无水氟化氢和碳酸锂通入酸化池制得氟化氢氟化锂混合溶液；将上述五氟化磷和混合溶液送入循环反应釜中进行反应，将循环反应釜中过量的氟化氢，氟化锂送入合成反应釜中合成六氟磷酸锂，生成的六氟磷酸锂送入结晶槽中结晶出六氟磷酸锂晶体，结晶槽产生的剩余母液通过泵返回进入回收精馏塔然后送入精馏塔一重新参与反应，循环反应釜所产生的氯化氢气体通过吸收塔吸收制备工业盐酸，六氟磷酸锂晶体经过滤洗涤干燥后得到六氟磷酸锂产品。3.根据权利要求2所述的一种六氟磷酸锂的生产方法，其特征在于，具体包括以下步骤：（1）制备五氟化磷：将无水氟化氢和五氯化磷通入置换反应槽中，通氮气保护，控制反应温度在
‑
50℃
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30℃，得到工业级五氟化磷，再将五氟化磷送入精馏塔一中精制得高纯五氯化磷，备用；（2）制备高纯氟化锂：将碳酸锂送入酸化池，通氮气保护，得到粗碳酸氢锂容溶液；所述碳酸氢锂溶液经微滤、多次结晶得到高纯碳酸氢锂溶液；将所述高纯碳酸氢锂溶液中通入无水氟化氢，制备得到高纯氟化锂溶液，然后送入循环反应釜，备用；（3）合成反应：将高纯氟化锂溶液与高纯五氯化磷置于合成反应釜中，并送入高纯氟化氢，通...

【专利技术属性】
技术研发人员：李群生，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：